【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工ヘッドに関し、特にレーザ光の出射口に設けられた保護ガラスの汚染を低減して破損をなくしたレーザ加工ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工は金属、セラミック等の加工に適用され、高密度のエネルギーを非常に狭い範囲に集中させることから、従来のアーク熱源よりもより深く溶け込み、入熱量も下げることが可能なことから、高能率で高品質な溶接や切断加工が可能であり、近年各種の産業に普及している。特にＹＡＧレーザなどの光ファイバ伝送可能なレーザ加工では、ロボット等と組合せて量産製品の加工に適用されている。
【０００３】
従来、例えば被加工材のワークに溶接や切断加工を行うレーザ加工ヘッドとしては、図４に示されている様に、加工ヘッド本体１０３を備えており、この加工ヘッド本体１０３の内部にはレーザビームＬＢを集光させる集光レンズ１０５が備えられている。しかも、前記加工ヘッド本体１０３の先端にはレーザノズル１０７が着脱可能に備えられている。
【０００４】
前記集光レンズ１０５の下方近傍における加工ヘッド本体１０３の内部には透明な保護ガラス１０９がレーザビームＬＢの光軸Ｃに対して垂直な平面を形成するように水平状態に固定して設けられている。この保護ガラス１０９の下方における加工ヘッド１０１の一部にはエア吹き出しノズル装置１１１が設けられており、このエア吹き出しノズル装置１１１の先端に設けられたエア吹き出しノズル１１３からエアが吹き出されるようになっている。
【０００５】
上記構成により、図示省略のレーザ発振器から発振されたレーザビームＬＢは、加工ヘッド本体１０３の内部に備えられた集光レンズ１０５で集光された後、保護ガラス１０９を経てレーザノズル１０７からワークへ向けて照射されてワークにレーザ溶接が行われることになる。
【０００６】
ところで、上述した従来のレーザ加工ヘッド１０１で溶接や切断加工を行うと、スパッタがレーザノズル１０７内に進入してきて集光レンズ１０５に損傷を与えるため、集光レンズ１０５の下方における近傍位置に設けられている保護ガラス１０９にスパッタがあまり付着しないように、エア吹き出しノズル装置１１１のエア吹き出しノズル１１３からエアが吹き出されている。
【０００７】
しかしながら、レーザ溶接加工を長時間続けると、保護ガラス１０９にスパッタが付着してしまう。その場で保護ガラス１０９からスパッタを除去することができないので、交換しなければならない。そこで、レーザ加工ヘッド１０１内のエア圧を増大してスパッタの進入を防ごうとすると、ノズルヘッド先端から放出される高圧エアによりレーザ溶接部のシールドが妨害され、ワーク８の溶接部が酸化したり、更には正常なビードが形成されずハンピングビートやピットを生じることがあった。
【０００８】
そこで、特開２０００−２６３２７６号公報では、図５に示すようにレーザ加工ヘッド本体２０３の内部に設けられた集光レンズ２０５と先端部に設けられたレーザノズル２０７と集光レンズ２０５とレーザノズル２０７の間に集光レンズ２０５を保護する保護ガラス２０９とが設けられたレーザ加工ヘッド２０１の下部には高速エアを光軸に対して垂直に噴射できるエアブロー装置２１９が設けられ、エアブロー装置２１９によってレーザ加工ヘッド２０１の先端部に高速エアの層流が形成されるレーザ加工ヘッド２０１が発明されている。なお、高速エアを光軸に対して垂直に噴射するのを補助するため、エアブロー装置２１９の下部から光軸に対して垂直にエアガイド２２０が設けられているが、レーザー光の通過部分は除外することにより光路用穴２２０ａ、２１９ｂが形成されている。また、ワーク８の溶接部の酸化を防ぐためシールドガスが管状のサイドガスノズル２１１によりワーク８表面に噴射される。
【０００９】
エアブロー装置２１９によってレーザ加工ヘッド２０１の先端部に高速エアの層流が形成されるようになされているので、高速エアによりスパッタはレーザ加工ヘッド２０１の内部に付着することなく弾き飛ばされて、従来の技術と比較してスパッタが保護ガラス２０９に付着しにくくなって保護ガラス２０９の交換回数を従来より減少させることができる。
【００１０】
また、同様の構成を有する発明が特開２００１−２５９８７２号公報に開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２６３２７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００１−２５９８７２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
被加工物の切断、溶接等に利用されるレーザ加工では数ｋＷのレーザ光をスポット状に集光し、金属等の被加工物に当てるため、金属が瞬間的に溶融、蒸発し、溶融部からは金属蒸気、プラズマ、スパッタ、金属表面付着物からのヒューム等が発生する。これら溶融部から発生する物質から光学部品を保護するために、光学部品は密閉されたレーザ加工ヘッド本体内に設置し、被加工物側のレーザ出射口には保護ガラスを設置する。
【００１４】
そして溶融部から発生するスパッタ、ヒュームの保護ガラスへの付着を防ぐために、保護ガラスと溶融部の間で保護ガラスの平面と平行な方向に高速にエアを噴射させるので、溶融部からの飛散物はほとんどが除去され保護ガラスの汚染は少ない。しかし、保護ガラスの汚染が完全になくなるのではなく、保護ガラスは長時間使用していると少しずつ汚染する。特に、対象ワークによっては保護ガラスと溶融部の距離が接近する場合もあり、この場合は保護ガラスの汚染確率は非常に高くなる。
【００１５】
保護ガラスが溶融部からのスパッタ又はヒュームで汚染されるとレーザ光を反射あるいは吸収するため、被加工物に照射しているレーザパワーが減衰し、レーザの加工能力が低下する。そのために被加工物のレーザ加工不良を起こすことがある。また、保護ガラスの汚染は破損の原因にもなるため、汚染が進行したところで保護ガラスの交換が必要になる。
【００１６】
保護ガラス破損の一例としては、付着したスパッタがレーザ光を吸収してスパッタ付着部のガラス温度が上昇し、熱歪により保護ガラスに割れを発生し、さらに割れ部にレーザ光が照射されて急激な温度上昇をまねき、保護ガラスが溶融破裂する場合がある。
【００１７】
この保護ガラスの溶融破裂により高価な光学系が汚染され、またレーザ加工を続行すれば、当然ながらその加工は正常に行われず、溶融部からの発生物で光学系が損傷することになる。
【００１８】
このように上記従来技術では、レーザ加工ヘッドにおいて、保護ガラスに汚染物が付着する可能性があり、汚染物付着部の温度が上昇し、保護ガラスが溶融破裂破損する可能性があり、ガラスの溶融破損と加工溶融部からの発生物により光学系を汚染あるいは破損させてしまうことがあるという問題があった。
【００１９】
本発明の課題は、レーザ加工ヘッドにおいて、高価な光学部品を保護するための保護ガラス表面への汚染物の付着をより少なくするとともに、保護ガラスの破損を防止し、保護ガラスが破損しても高価な光学系を破損させないレーザ加工ヘッドを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は次の解決手段により達成される。
請求項１記載の発明は、内部に備えられた集光レンズで集光されたレーザ光を加工点に出射するレーザ加工ヘッドにおいて、集光レンズと加工点の間で、レーザ光の光軸に対して垂直方向に、前記集光レンズ側から順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔をあけて配置し、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面と、第２の保護ガラスと加工点間に、レーザ光の光軸に対して垂直方向に高速エアを噴射するエアブローノズルをそれぞれ設けたレーザ加工ヘッドである。
【００２１】
請求項２記載の発明は、内部に備えられた集光レンズで集光されたレーザ光を加工点に出射するレーザ加工ヘッドにおいて、集光レンズと加工点の間で、レーザ光の光軸に対して垂直方向に、前記集光レンズ側から順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔をあけて配置し、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面に、レーザ光の光軸に対して垂直方向に高速エアを噴射するエアブローノズルをそれぞれ設けたレーザ加工ヘッドである。
【００２２】
請求項３記載の発明は、内部に備えられた集光レンズで集光されたレーザ光を加工点に出射するレーザ加工ヘッドにおいて、集光レンズと加工点の間で、レーザ光の光軸に対して垂直方向に保護ガラスを配置し、該保護ガラスの加工点側表面に、レーザ光の光軸に対して垂直方向に高速エアを噴射するエアブローノズルをそれぞれ設けたレーザ加工ヘッドである。
【００２３】
【作用】
請求項１記載の発明によれば、三つのエアブローノズルから第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面と、第２の保護ガラスと該加工点間に、レーザ光の光軸に対して垂直方向に高速エアが噴出されるので、それぞれ高速エアの層流が形成される。
【００２４】
前記各高速エアの噴出層流により加工点から発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて保護ガラスに付着しにくくなり、保護ガラスの交換回数を減少させることができる。
【００２５】
さらに、前記高速エアの層流により保護ガラスに到達したスパッタやヒュームは吹き飛ばされ、スパッタが付着しても付着物はほとんど残らず吹き飛ばされる。そして付着物が残ったとしても、第２の保護ガラスの両側の表面上を高速エアの層流が形成され冷却されているため、付着物にレーザ光が照射されでも急激な温度上昇をまねくことがなくなり保護ガラスの溶融破裂がなくなる。さらに第２の保護ガラスが溶融破損したとしても、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間には高速エアが流されているので、溶融破損で発生した破損物は吹き飛ばされ、そして第１の保護ガラスにより溶融破損部からの発生物で集光レンズ等の高価な光学系を汚染、損傷させることはない。
【００２６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明の第３番目のエアブローノズルがないので、第２の保護ガラスと該加工点間における高速エアの層流が形成されない。そのため、請求項１の発明の作用効果に比べて保護ガラスの溶融破損防止作用効果、破損物の吹き飛ばし作用効果および光学系を汚染、損傷防止作用効果が小さくなる。
【００２７】
請求項３記載の発明によれば、請求項２の発明の第２番目のエアブローノズルと第２の保護ガラスがないため、請求項２の発明の第２の保護ガラスと加工点間における高速エアの層流が形成されない。そのため、請求項２の発明の作用に比べて保護ガラスの溶融破損防止作用効果、破損物の吹き飛ばし作用効果および光学系を汚染、損傷防止作用効果が小さくなる。
【００２８】
こうして本発明により、連続してレーザ加工が自動で行えるため生産性を向上させることできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１に一実施例のレーザ加工ヘッドを示す。図１（イ）は、エアブローノズルに設けられたレーザ加工ヘッドを示す断面図、図１（ロ）は、エアブローノズルを示す平面図、図１（ハ）は、エアブローノズルを示す左側面図である。
【００３０】
図１に示すレーザ加工ヘッド１は、レーザ加工ヘッド本体２、レーザ加工ヘッド本体２内に設置されレーザ光ＬＢを被加工物の加工点Ｐにおいて焦点を結ぶようにする集光レンズ３、被加工物であるワーク８、加工部から発生するプラズマや金属蒸気を吹飛ばす効果と溶接部をシールドするためのアシストガスを溶接部に噴射するためのサイドガスノズル１１等から構成されている。
【００３１】
集光レンズ３と加工点Ｐの間に、集光レンズ３側から順に透明な第１の保護ガラス５ａと透明な第２の保護ガラス５ｂとを間隔をあけてレーザ光の光軸Ｃと垂直方向に配置する。前記保護ガラス５ａはレーザ加工ヘッド本体２に、保護ガラス５ｂはエアブローノズル９にそれぞれ取付けられている。エアブローノズル９は、第１のエア吹き出し口９ａ、第２のエア吹き出し口９ｂ、第３のエア吹き出し口９ｃを備え、これらのエア吹き出し口９ａ〜９ｃにはエア配管１２からバッファ１３を経由してエアが供給される。
【００３２】
箱型の装置からなるエアブローノズル９をレーザ加工ヘッド本体２の下部に設置し、このエアブローノズル９の箱型装置の側面からスリット状の第１のエア吹き出し口９ａ、第２のエア吹き出し口９ｂ及び第３のエア吹き出し口９ｃが設けてあり、エア配管１２から供給されたエアはバッファ１３に一旦入り、均一な流速で第１のエア吹き出し口９ａ、第２のエア吹き出し口９ｂ及び第３のエア吹き出し口９ｃから層流状態で吹き出される。そして、第１のエア吹き出し口９ａから第１の保護ガラス５ａと第２の保護ガラス５ｂの隙間へ、第２のエア吹き出し口９ｂから第２の保護ガラス５ｂの加工点Ｐ側表面へ、第３のエア吹き出し口９ｃから第２の保護ガラス５ｂと加工点Ｐ間へ、レーザ光ＬＢの光軸Ｃに対して垂直方向に高速エアを噴射する。
【００３３】
レーザ加工ヘッド本体２の下部には図５に示すようなノズル２０７は設けておらず、エア吹き出し口９ａ〜９ｃから噴出するエアは開放された大気に噴出するので高速エアの層流が得られる。
【００３４】
レーザ光ＬＢは集光レンズ３で集光され、第一の保護ガラス５ａと第２の保護ガラス５ｂを経て被加工材であるワーク８へ向けて照射されるようになされ、ワーク８のレーザ溶接がなされている。また、ワーク８の溶接部の酸化を防止するシールドガスは、管状のサイドガスノズル１１によりワーク８表面に噴射されている。
【００３５】
ワーク８のレーザ溶接が行われるとスパッタが発生し、このスパッタが第２の保護ガラス５ｂに付着しようとするが、第２の保護ガラス５ｂと加工点Ｐ間に、レーザ光ＬＢの光軸Ｃに対して直交する方向に高速エアの層流が形成されることにより、従来のレーザ加工ヘッドと同様に高速エアにより加工点Ｐから発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて第２の保護ガラス５ｂに付着しにくくなり、保護ガラス５ａ、５ｂの交換回数を減少させることができる。さらに、エアブローノズル９によって第１の保護ガラス５ａと第２の保護ガラス５ｂの隙間と、第２の保護ガラス５ｂの加工点Ｐ側表面に、レーザ光ＬＢの光軸Ｃに対して直交する方向（垂直方向）に高速エアの層流が形成されることにより、第２の保護ガラス５ｂに到達したスパッタやヒュームは吹き飛ばされ、スパッタが保護ガラス５ｂの面上に付着してもほとんど残らず吹き飛ばされる。
【００３６】
また、第２の保護ガラス５ｂ上に付着物が残ったとしても、第２の保護ガラス５ｂの両側面上に高速エアの層流が形成され、冷却されているため、付着物にレーザ光ＬＢが照射されても急激な温度上昇をまねくことがなくなり保護ガラス５ｂの溶融破裂がなくなる。
【００３７】
さらに第２の保護ガラス５ｂが溶融破損したとしても、第１の保護ガラス５ａと第２の保護ガラス５ｂの隙間には高速エアが流されているので、溶融破損で発生した破損物は吹き飛ばされる。また、第１の保護ガラス５ａがあるため、前記溶融破損部からの発生物で集光レンズ３などの高価な光学系を汚染、損傷させることはない。
【００３８】
本発明のその他の実施例のレーザ加工ヘッドを図２と図３にそれぞれ示す。図２と図３に示す各実施例は、共に図１の実施例を変形させたものであり、図１のエアブローノズル９の吹き出し口９ａ〜９ｃの数を減らしたものである。
【００３９】
図２に示すレーザ加工ヘッド３１は、加工ヘッド本体３２とエアブローノズル３９とサイドガスノズル４１などから形成されている。レーザ加工ヘッド本体３２には集光レンズ３３、第一の保護ガラス３５ａが、エアブローノズル３９には第２の保護ガラス３５ｂが設けられている。集光レンズ３３の下方には集光レンズ３３を保護するように透明な第１の保護ガラス３５ａと第２の保護ガラス３５ｂが間隔をあけてレーザビームＬＢの光軸に対して直交するようにガラス平面を向けている。
【００４０】
レーザ光ＬＢは集光レンズ３３で集光され、第一の保護ガラス３５ａと第２の保護ガラス３５ｂを経て被加工材であるワーク８へ向けて照射され、ワーク８がレーザ溶接される。また、ワーク８の溶接部の酸化防止用のシールドガスが管状のサイドガスノズル４１によりワーク８表面に噴射されている。
【００４１】
そして、レーザ加工ヘッド本体３２の下方には、側面にスリット状の第１のエア吹き出し口３９ａと第２のエア吹き出し口３９ｂのある箱型のエアブローノズル３９が設けられている。エア配管４２から供給されたエアはバッファ４３に一旦入り、均一な流速で第１のエア吹き出し口３９ａと第２のエア吹き出し口３９ｂから層流状態でそれぞれ第１の保護ガラス３５ａと第２の保護ガラス３５ｂの隙間と第２の保護ガラス３５ｂの加工点Ｐ側表面へレーザ光ＬＢの光軸Ｃに対して垂直方向に高速エアを噴射する。
【００４２】
図３に示すレーザ加工ヘッド５１は、加工ヘッド本体５２とエアブローノズル５９とサイドガスノズル６１などから形成されている。レーザ加工ヘッド本体５２には、集光レンズ５３と集光レンズ５３の下方に集光レンズ５３を保護するように透明な保護ガラス５５が集光レンズ５３とは間隔をあけて設けられている。保護ガラス５５の平面はレーザビームＬＢの光軸に対して直交するように向けられている。
【００４３】
レーザ光ＬＢは集光レンズ５３で集光され、保護ガラス５５を経て被加工材であるワーク８へ向けて照射され、ワーク８がレーザ溶接される。また、ワーク８の溶接部の酸化を防止用のシールドガスが管状のサイドガスノズル６１によりワーク８表面に噴射されている。
【００４４】
そして、レーザ加工ヘッド本体５２の下方には、側面にスリット状のエア吹き出し口５９ａのある箱型のエアブローノズル５９が設けられている。エア配管６２から供給されたエアはバッファ６３に一旦入り、均一な流速でエア吹き出し口５９ａから層流状態で保護ガラス５５と加工点Ｐ側表面の間であって、レーザ光ＬＢの光軸Ｃと垂直方向に高速エアを噴射する。
【００４５】
図２と図３のエア吹き出し口３９ａ、３９ｂと５９ａからそれぞれ噴出するエアは開放された大気に噴出するので高速エアの層流が得られる。
【００４６】
また、レーザ加工ヘッド３１、５１とワーク８の距離が充分に離れている場合、レーザパワーが小さく、加工点Ｐからのスパッタ等の発生が少ない場合は、これらの 図２、図３のレーザ加工ヘッド３１、５１でも充分に対応することが可能である。
【００４７】
こうして図２に示すレーザ加工ヘッド３１の場合には高速エアにより加工点Ｐから発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて第２の保護ガラス３５ｂに付着しにくくなり、保護ガラス３５ａ、３５ｂの交換回数を減少させることができる。さらに、エアブローノズル３９によって第１の保護ガラス３５ａと第２の保護ガラス３５ｂの隙間と、第２の保護ガラス３５ｂの加工点Ｐ側表面に高速エアの層流が形成されることにより、第２の保護ガラス３５ｂに到達したスパッタやヒュームは吹き飛ばされ、スパッタが保護ガラス３５ｂの面上に付着してもほとんど残らず吹き飛ばされる。
【００４８】
また、第２の保護ガラス３５ｂ上に付着物が残ったとしても、第２の保護ガラス３５ｂの両側面上に高速エアの層流が形成され、冷却されているため、付着物にレーザ光ＬＢが照射されても急激な温度上昇をまねくことがなくなり保護ガラス３５ｂの溶融破裂がなくなる。
【００４９】
さらに第２の保護ガラス３５ｂが溶融破損したとしても、第１の保護ガラス３５ａと第２の保護ガラス３５ｂの隙間には高速エアが流されているので、溶融破損で発生した破損物は吹き飛ばされる。また、第１の保護ガラス３５ａがあるため、前記溶融破損部からの発生物で集光レンズ３３などの高価な光学系を汚染、損傷させることはない。
【００５０】
また、図３に示すレーザ加工ヘッド５１の場合にも高速エアにより加工点Ｐから発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて保護ガラス５５に付着しにくくなり、保護ガラス５５の交換回数を減少させることができる。さらに、エアブローノズル５９によって保護ガラス５５の加工点Ｐ側表面に高速エアの層流が形成されることにより、高速エアにより加工点Ｐから発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて保護ガラス５５に付着しにくくなり、保護ガラス５５の交換回数を減少させることができる。さらに、エアブローノズル５９によって保護ガラス５５の加工点Ｐ側表面に、レーザ光ＬＢの光軸Ｃに対して直交する方向（垂直方向）に高速エアの層流が形成されることにより、保護ガラス５５に到達したスパッタやヒュームは吹き飛ばされ、スパッタが保護ガラス５５の面上に付着してもほとんど残らず吹き飛ばされる。
【００５１】
また、保護ガラス５５上に付着物が残ったとしても、保護ガラス５５の面上に高速エアの層流が形成され、冷却されているため、付着物にレーザ光ＬＢが照射されても急激な温度上昇をまねくことがなくなり保護ガラス５５の溶融破裂がなくなる。
【００５２】
さらに保護ガラス５５が溶融破損したとしても、前記高速エアで溶融破損で発生した破損物は吹き飛ばされる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によるレーザ加工ヘッドによれば、集光レンズと加工点の間で、レーザ光の光軸と垂直方向に、集光レンズ側から順に第１の保護ガラスと第２の保護ガラスとを間隔をあけて配置し、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面と、第２の保護ガラスと加工点間に、レーザ光の光軸と垂直方向に高速エアを噴射するエアブローノズルを設けて、第２の保護ガラスと加工点間に、レーザ光の光軸と垂直方向に高速エアの層流が形成されることにより、従来レーザ加工ヘッドと同様に高速エアにより加工点から発生するスパッタやヒュームは吹き飛ばされて保護ガラスに付着しにくくなり、保護ガラスの交換回数を減少させることができる。さらに、エアブローノズルによって第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間と、第２の保護ガラスの加工点側表面に、レーザ光の光軸と垂直方向に高速エアの層流が形成されることにより、保護ガラスに到達したスパッタやヒュームは吹き飛ばされ、スパッタが付着しても付着物はほとんど残らず吹き飛ばされる。そして付着物が残ったとしても、第２の保護ガラスは両表面上を高速エアの層流が形成され冷却されているため、付着物にレーザ光が照射されても急激な温度上昇をまねくことがなくなり保護ガラスの溶融破裂がなくなる。さらに第２の保護ガラスが溶融破損したとしても、第１の保護ガラスと第２の保護ガラスの隙間には高速エアが流されているので、溶融破損で発生した破損物は吹き飛ばされ、そして第１の保護ガラスにより溶融破損部からの発生物で集光レンズ等の高価な光学系を汚染、損傷させることはない。これにより連続してレーザ加工が自動で行えるため生産性を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（イ）は、本発明の実施例に係るエアブローノズルの設けられたレーザ加工ヘッドを示す断面図、図１（ロ）は、エアブローノズルを示す平面図、図１（ハ）は、エアブローノズルを示す左側面図である。
【図２】本発明のその他の実施例に係るエアブローノズルの設けられたレーザ加工ヘッドを示す断面図である。
【図３】本発明のその他の実施例に係るエアブローノズルの設けられたレーザ加工ヘッドを示す断面図である。
【図４】従来のレーザ加工ヘッド示す断面図である。
【図５】従来のエアブロー装置の設けられたレーザ加工ヘッドを示す断面図である。
【符号の名称】
１ レーザ加工ヘッド ２ レーザ加工ヘッド本体
３ 集光レンズ ５ａ、５ｂ 保護ガラス
８ ワーク ９ エアブローノズル
９ａ、９ｂ、９ｃ エア吹き出し口
１１ サイドガスノズル １２ エア配管
１３ バッファ ３１ レーザ加工ヘッド
３２ 加工ヘッド本体 ３３ 集光レンズ
３５ａ、３５ｂ 保護ガラス ３９ エアブローノズル
３９ａ、３９ｂ エア吹き出し口
４１ サイドガスノズル ４２ エア配管
４３ バッファ ５１ レーザ加工ヘッド
５２ 加工ヘッド本体 ５３ 集光レンズ
５５ 保護ガラス ５９ エアブローノズル
５９ａ エア吹き出し口 ６１ サイドガスノズル
６２ エア配管 ６３ バッファ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a laser processing head, and more particularly, to a laser processing head in which damage to a protective glass provided at a laser light emission port is reduced and damage is eliminated.
[0002]
[Prior art]
Laser processing is applied to processing of metals, ceramics, etc., and concentrates high-density energy in a very narrow range, so it can melt deeper than conventional arc heat sources and reduce heat input. High-efficiency and high-quality welding and cutting are possible, and it has become popular in various industries in recent years. In particular, laser processing capable of transmitting an optical fiber such as a YAG laser is applied to processing a mass-produced product in combination with a robot or the like.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as shown in FIG. 4, a laser processing head that performs welding or cutting processing on a workpiece of a workpiece has a processing head main body 103. Inside the processing head main body 103 is a laser. A condensing lens 105 that condenses the beam LB is provided. In addition, a laser nozzle 107 is detachably provided at the tip of the processing head main body 103.
[0004]
A transparent protective glass 109 is fixed in a horizontal state so as to form a plane perpendicular to the optical axis C of the laser beam LB in the processing head main body 103 in the vicinity of the lower part of the condenser lens 105. Yes. An air blowing nozzle device 111 is provided at a part of the processing head 101 below the protective glass 109 so that air is blown out from the air blowing nozzle 113 provided at the tip of the air blowing nozzle device 111. It has become.
[0005]
With the above configuration, the laser beam LB oscillated from a laser oscillator (not shown) is collected by the condenser lens 105 provided inside the processing head main body 103, and then passes through the protective glass 109 to the workpiece from the laser nozzle 107. The workpiece is irradiated and laser welding is performed on the workpiece.
[0006]
By the way, when welding or cutting is performed with the above-described conventional laser processing head 101, spatter enters the laser nozzle 107 and damages the condensing lens 105. Air is blown out from the air blowing nozzle 113 of the air blowing nozzle device 111 so that the spatter does not adhere to the protective glass 109 that is formed.
[0007]
However, if laser welding is continued for a long time, spatter will adhere to the protective glass 109. Since spatter cannot be removed from the protective glass 109 in situ, it must be replaced. Therefore, if the air pressure in the laser processing head 101 is increased to prevent the ingress of spatter, the high-pressure air released from the tip of the nozzle head interferes with the shield of the laser weld, and the weld of the workpiece 8 is oxidized. In addition, a normal bead may not be formed, resulting in a humping beat or a pit.
[0008]
Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-263276, as shown in FIG. 5, a condensing lens 205 provided inside the laser processing head main body 203, a laser nozzle 207 provided at the tip, a condensing lens 205, and a laser nozzle. An air blow device 219 capable of injecting high-speed air perpendicular to the optical axis is provided below the laser processing head 201 provided with a protective glass 209 that protects the condenser lens 205 between 207. A laser processing head 201 in which a laminar flow of high-speed air is formed at the tip of the laser processing head 201 has been invented. In order to assist in jetting high-speed air perpendicular to the optical axis, an air guide 220 is provided perpendicularly to the optical axis from the lower part of the air blowing device 219, but the laser beam passage portion is excluded. Thus, optical path holes 220a and 219b are formed. Further, in order to prevent oxidation of the welded portion of the work 8, a shielding gas is injected onto the surface of the work 8 by the tubular side gas nozzle 211.
[0009]
Since the air blow device 219 forms a laminar flow of high-speed air at the tip of the laser processing head 201, the high-speed air blows off the spatter without adhering to the inside of the laser processing head 201. Compared with this technique, the spatter is less likely to adhere to the protective glass 209, and the number of replacements of the protective glass 209 can be reduced compared to the prior art.
[0010]
An invention having a similar configuration is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-259872.
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2000-263276 A [0012]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-259872
[Problems to be solved by the invention]
In laser processing used for cutting and welding of workpieces, a laser beam of several kW is focused in a spot shape and applied to the workpiece such as metal, so that the metal instantaneously melts and evaporates. Generates metal vapor, plasma, spatter, fumes from metal surface deposits, and the like. In order to protect the optical components from the substances generated from these melting portions, the optical components are installed in a sealed laser processing head main body, and protective glass is installed at the laser emission port on the workpiece side.
[0014]
In order to prevent spatter generated from the melting part and fume from adhering to the protective glass, air is injected between the protective glass and the melting part in a direction parallel to the plane of the protective glass at high speed. Most are removed and there is little contamination of the protective glass. However, the contamination of the protective glass is not completely eliminated, and the protective glass is gradually contaminated when used for a long time. In particular, depending on the target workpiece, the distance between the protective glass and the molten part may be close, and in this case, the probability of contamination of the protective glass becomes very high.
[0015]
When the protective glass is contaminated with spatter or fumes from the melted part, the laser light is reflected or absorbed, so that the laser power applied to the workpiece is attenuated and the laser processing capability is reduced. Therefore, the laser processing defect of the workpiece may occur. Moreover, since the contamination of the protective glass also causes damage, the protective glass needs to be replaced when the contamination progresses.
[0016]
As an example of damage to the protective glass, the attached spatter absorbs the laser beam and the glass temperature of the sputtered part rises, causing cracks in the protective glass due to thermal strain. The protective glass may melt and burst.
[0017]
Expensive optical systems are contaminated by melting and bursting of the protective glass, and if laser processing is continued, naturally the processing is not performed normally, and the optical system is damaged by the product from the melted portion.
[0018]
As described above, in the above prior art, in the laser processing head, there is a possibility that contaminants may adhere to the protective glass, the temperature of the contaminant adhering portion rises, and the protective glass may melt and burst, There has been a problem that the optical system may be contaminated or damaged by melt breakage and a product generated from the work melted part.
[0019]
The object of the present invention is to reduce the adhesion of contaminants to the surface of the protective glass for protecting expensive optical components in the laser processing head, and to prevent the protective glass from being damaged. It is an object of the present invention to provide a laser processing head that does not damage expensive optical systems.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The above-mentioned subject is achieved by the following solution means.
According to the first aspect of the present invention, in the laser processing head that emits the laser beam condensed by the condensing lens provided therein to the processing point, the optical axis of the laser beam is between the condensing lens and the processing point. On the other hand, the first protective glass and the second protective glass are arranged in the vertical direction sequentially from the condenser lens side with a space therebetween, and a gap between the first protective glass and the second protective glass, This is a laser processing head provided with an air blow nozzle for injecting high-speed air in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam between the processing point side surface of the protective glass and the second protective glass and the processing point.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser processing head that emits laser light collected by a condensing lens provided therein to a processing point, and the optical axis of the laser light between the condensing lens and the processing point. On the other hand, the first protective glass and the second protective glass are arranged in the vertical direction sequentially from the condenser lens side with a space therebetween, and a gap between the first protective glass and the second protective glass, The laser processing head is provided with air blow nozzles for injecting high-speed air in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam on the surface of the protective glass on the processing point side.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser processing head for emitting laser light collected by a condensing lens provided therein to a processing point, wherein the optical axis of the laser light is between the condensing lens and the processing point. On the other hand, a laser processing head is provided with a protective glass arranged in a vertical direction, and provided with air blow nozzles for injecting high-speed air in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam on the surface of the protective glass on the processing point side.
[0023]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, the gap between the first protective glass and the second protective glass from the three air blow nozzles, the processing point side surface of the second protective glass, the second protective glass, and the processing Since high-speed air is ejected between the points in a direction perpendicular to the optical axis of the laser beam, a laminar flow of high-speed air is formed respectively.
[0024]
Sputters and fumes generated from the processing point by the laminar flow of each high-speed air are blown off and hardly adhere to the protective glass, and the number of times of replacement of the protective glass can be reduced.
[0025]
Furthermore, spatter and fumes that have reached the protective glass by the laminar flow of the high-speed air are blown away, and even if spatter adheres, almost no deposit remains. Even if deposits remain, the laminar flow of high-speed air is formed and cooled on the surfaces on both sides of the second protective glass, so that even if the deposits are irradiated with laser light, the temperature rises rapidly. Disappears and the protective glass melts and ruptures. Furthermore, even if the second protective glass is melted and damaged, high-speed air is flowing in the gap between the first protective glass and the second protective glass, so that the damaged material generated by the molten damage is blown away. The protective glass 1 does not contaminate or damage an expensive optical system such as a condensing lens with a product generated from a melt-breakage portion.
[0026]
According to the invention of claim 2, since there is no third air blow nozzle of the invention of claim 1, a laminar flow of high-speed air between the second protective glass and the processing point is not formed. Therefore, compared with the operation effect of the invention of claim 1, the effect of preventing the melting breakage of the protective glass, the effect of blowing the damaged material, the contamination of the optical system, and the effect of preventing damage are reduced.
[0027]
According to the invention described in claim 3, since the second air blow nozzle and the second protective glass of the invention of claim 2 are not provided, the high-speed air between the second protective glass of the invention of claim 2 and the processing point is provided. The laminar flow is not formed. Therefore, compared with the operation of the invention of claim 2, the effect of preventing the melting breakage of the protective glass, the effect of blowing off the damaged material, the contamination of the optical system, and the effect of preventing the damage are reduced.
[0028]
Thus, according to the present invention, since laser processing can be automatically performed continuously, productivity can be improved.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a laser processing head according to an embodiment. 1A is a cross-sectional view showing a laser processing head provided in an air blow nozzle, FIG. 1B is a plan view showing the air blow nozzle, and FIG. 1C is a left side view showing the air blow nozzle. is there.
[0030]
A laser processing head 1 shown in FIG. 1 includes a laser processing head main body 2, a condensing lens 3 installed in the laser processing head main body 2 to focus the laser beam LB at a processing point P of the workpiece, The workpiece 8 is composed of an object, an effect of blowing off plasma and metal vapor generated from the processed portion, and a side gas nozzle 11 for injecting an assist gas for shielding the welded portion to the welded portion.
[0031]
Between the condensing lens 3 and the processing point P, a transparent first protective glass 5a and a transparent second protective glass 5b are spaced in order from the condensing lens 3 side, and perpendicular to the optical axis C of the laser beam. Place in the direction. The protective glass 5a is attached to the laser processing head body 2, and the protective glass 5b is attached to the air blow nozzle 9. The air blow nozzle 9 includes a first air outlet 9a, a second air outlet 9b, and a third air outlet 9c. These air outlets 9a to 9c are routed from the air pipe 12 through the buffer 13. Air is supplied.
[0032]
An air blow nozzle 9 composed of a box-type device is installed in the lower part of the laser processing head main body 2, and a slit-shaped first air blow-out port 9a and second air blow-out port 9b are formed from the side of the box-type device of the air blow nozzle 9. And the third air blowing port 9c are provided, and the air supplied from the air pipe 12 once enters the buffer 13, and the first air blowing port 9a, the second air blowing port 9b, and the third air flow at a uniform flow rate. The air is blown out from the air outlet 9c in a laminar flow state. And, from the first air blowing port 9a to the gap between the first protective glass 5a and the second protective glass 5b, from the second air blowing port 9b to the processing point P side surface of the second protective glass 5b, High-speed air is jetted in the direction perpendicular to the optical axis C of the laser beam LB from the third air blowing port 9c to between the second protective glass 5b and the processing point P.
[0033]
The nozzle 207 as shown in FIG. 5 is not provided in the lower part of the laser processing head main body 2, and the air ejected from the air outlets 9a to 9c is ejected into an open atmosphere, so that a laminar flow of high-speed air is obtained. .
[0034]
The laser beam LB is condensed by the condensing lens 3 and irradiated to the workpiece 8 which is a workpiece through the first protective glass 5a and the second protective glass 5b, and laser welding of the workpiece 8 is performed. Has been made. A shield gas that prevents oxidation of the welded portion of the work 8 is injected to the surface of the work 8 by the tubular side gas nozzle 11.
[0035]
When laser welding of the workpiece 8 is performed, spatter is generated, and this spatter tends to adhere to the second protective glass 5b. The optical axis C of the laser beam LB is between the second protective glass 5b and the processing point P. As a result of the formation of a laminar flow of high-speed air in a direction perpendicular to the direction, the spatter and fumes generated from the processing point P by the high-speed air are blown off to the second protective glass 5b by the high-speed air as in the conventional laser processing head It becomes difficult to adhere and the number of replacements of the protective glasses 5a and 5b can be reduced. Further, a direction perpendicular to the optical axis C of the laser beam LB is formed on the gap between the first protective glass 5a and the second protective glass 5b by the air blow nozzle 9 and on the processing point P side surface of the second protective glass 5b. By forming a laminar flow of high-speed air in the (vertical direction), spatter and fumes that have reached the second protective glass 5b are blown away, and even if the spatter adheres to the surface of the protective glass 5b, it hardly blows away. It is.
[0036]
Further, even if the deposit remains on the second protective glass 5b, a laminar flow of high-speed air is formed on both sides of the second protective glass 5b and is cooled, so that the laser beam LB appears on the deposit. Even if it is irradiated, a rapid temperature rise will not be caused, and the melting and bursting of the protective glass 5b will be eliminated.
[0037]
Further, even if the second protective glass 5b is melted and damaged, high-speed air is flowing in the gap between the first protective glass 5a and the second protective glass 5b, so that the damaged material generated by the melting damage is blown away. . In addition, since the first protective glass 5a is provided, an expensive optical system such as the condenser lens 3 is not contaminated or damaged by a product generated from the melted and broken portion.
[0038]
Laser processing heads according to other embodiments of the present invention are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. Each of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 is a modification of the embodiment of FIG. 1, and the number of outlets 9a to 9c of the air blow nozzle 9 of FIG. 1 is reduced.
[0039]
The laser processing head 31 shown in FIG. 2 is formed of a processing head main body 32, an air blow nozzle 39, a side gas nozzle 41, and the like. The laser processing head main body 32 is provided with a condenser lens 33 and a first protective glass 35a, and the air blow nozzle 39 is provided with a second protective glass 35b. A transparent first protective glass 35a and a second protective glass 35b are disposed below the condenser lens 33 so as to protect the condenser lens 33 so as to be orthogonal to the optical axis of the laser beam LB. The glass plane is facing.
[0040]
The laser beam LB is condensed by the condenser lens 33, irradiated to the workpiece 8 which is a workpiece through the first protective glass 35a and the second protective glass 35b, and the workpiece 8 is laser welded. Further, a shielding gas for preventing oxidation at the welded portion of the work 8 is sprayed onto the surface of the work 8 by a tubular side gas nozzle 41.
[0041]
A box-shaped air blow nozzle 39 having a slit-shaped first air blowing port 39a and a second air blowing port 39b on the side surface is provided below the laser processing head main body 32. The air supplied from the air pipe 42 once enters the buffer 43, and the first protective glass 35a and the second protective glass 35a and the second air in a laminar flow state from the first air outlet 39a and the second air outlet 39b, respectively, at a uniform flow rate. High-speed air is jetted in a direction perpendicular to the optical axis C of the laser beam LB to the gap between the protective glasses 35b and the processing point P side surface of the second protective glass 35b.
[0042]
The laser processing head 51 shown in FIG. 3 includes a processing head main body 52, an air blow nozzle 59, a side gas nozzle 61, and the like. The laser processing head main body 52 is provided with a condensing lens 53 and a transparent protective glass 55 at a distance from the condensing lens 53 so as to protect the condensing lens 53 below the condensing lens 53. The plane of the protective glass 55 is oriented so as to be orthogonal to the optical axis of the laser beam LB.
[0043]
The laser beam LB is condensed by the condenser lens 53, irradiated through the protective glass 55 toward the workpiece 8, which is a workpiece, and the workpiece 8 is laser welded. Further, a shielding gas for preventing oxidation of the welded portion of the work 8 is sprayed onto the surface of the work 8 by a tubular side gas nozzle 61.
[0044]
A box-shaped air blow nozzle 59 having a slit-like air outlet 59 a on the side surface is provided below the laser processing head main body 52. The air supplied from the air pipe 62 once enters the buffer 63, and is in a laminar flow state from the air outlet 59a at a uniform flow rate between the protective glass 55 and the processing point P side surface, and the optical axis C of the laser beam LB. And high-speed air is jetted vertically.
[0045]
Since air ejected from the air outlets 39a, 39b and 59a in FIGS. 2 and 3 is ejected into the open atmosphere, a laminar flow of high-speed air is obtained.
[0046]
When the distance between the laser processing heads 31, 51 and the workpiece 8 is sufficiently large, the laser power is small, and when the generation of spatter from the processing point P is small, the laser processing shown in FIGS. The heads 31 and 51 can sufficiently cope with this.
[0047]
In this way, in the case of the laser processing head 31 shown in FIG. 2, spatter and fumes generated from the processing point P are blown away by high-speed air and hardly adhere to the second protective glass 35b, and the number of times of replacement of the protective glasses 35a and 35b is reduced. Can be reduced. Further, the air blow nozzle 39 forms a laminar flow of high-speed air on the gap between the first protective glass 35a and the second protective glass 35b and on the processing point P side surface of the second protective glass 35b. Spatter and fumes that have reached the protective glass 35b are blown away, and even if the spatter adheres to the surface of the protective glass 35b, it hardly blows away.
[0048]
Even if the deposit remains on the second protective glass 35b, a laminar flow of high-speed air is formed on both side surfaces of the second protective glass 35b and is cooled, so that the laser beam LB is deposited on the deposit. Even if the light is irradiated, the temperature does not increase suddenly and the protective glass 35b is not melted and ruptured.
[0049]
Further, even if the second protective glass 35b is melted and damaged, high-speed air is flowing in the gap between the first protective glass 35a and the second protective glass 35b, so that the damaged material generated by the melting damage is blown away. . In addition, since the first protective glass 35a is provided, an expensive optical system such as the condenser lens 33 is not contaminated or damaged by a product generated from the melted and broken portion.
[0050]
Also in the case of the laser processing head 51 shown in FIG. 3, spatter and fumes generated from the processing point P are blown away by high-speed air and are less likely to adhere to the protective glass 55, and the number of replacements of the protective glass 55 can be reduced. it can. Further, since a laminar flow of high-speed air is formed on the surface of the protective glass 55 on the processing point P side by the air blow nozzle 59, spatter and fumes generated from the processing point P by the high-speed air are blown off and adhere to the protective glass 55. This makes it difficult to reduce the number of times the protective glass 55 is replaced. Further, a laminar flow of high-speed air is formed on the surface of the protective glass 55 on the processing point P side by the air blow nozzle 59 in a direction (vertical direction) perpendicular to the optical axis C of the laser beam LB, so that the protective glass 55 Sputters and fumes that have reached the surface are blown away, and even if the spatter adheres to the surface of the protective glass 55, it hardly blows away.
[0051]
Further, even if the deposit remains on the protective glass 55, a laminar flow of high-speed air is formed on the surface of the protective glass 55 and is cooled, so that even if the deposit is irradiated with the laser beam LB, it is abrupt. The temperature rise will not be caused and the protective glass 55 will not melt and burst.
[0052]
Further, even if the protective glass 55 is melted and damaged, the damaged matter generated by the melting and breaking with the high-speed air is blown away.
[0053]
【The invention's effect】
According to the laser processing head of the present invention, the first protective glass and the second protective glass are sequentially spaced from the condenser lens side in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam between the condenser lens and the processing point. The gap between the first protective glass and the second protective glass, the processing point side surface of the second protective glass, and the optical axis of the laser beam between the second protective glass and the processing point A conventional laser processing head is provided by providing an air blow nozzle for injecting high-speed air in the vertical direction and forming a laminar flow of high-speed air in the direction perpendicular to the optical axis of the laser light between the second protective glass and the processing point. Similarly to the above, spatter and fumes generated from the processing point by high-speed air are blown away and hardly adhere to the protective glass, and the number of times of replacement of the protective glass can be reduced. Further, a laminar flow of high-speed air is formed in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam on the gap between the first protective glass and the second protective glass and the processing point side surface of the second protective glass by the air blow nozzle. As a result, the spatter and fumes that have reached the protective glass are blown away, and even if the sputter adheres, almost no deposit remains. Even if the deposits remain, the second protective glass is cooled by forming a laminar flow of high-speed air on both surfaces, so that even if the deposits are irradiated with laser light, the temperature rises rapidly. Disappears and the protective glass melts and ruptures. Furthermore, even if the second protective glass is melted and damaged, high-speed air is flowing in the gap between the first protective glass and the second protective glass, so that the damaged material generated by the molten damage is blown away. The protective glass 1 does not contaminate or damage an expensive optical system such as a condensing lens with a product generated from a melt-breakage portion. As a result, continuous laser processing can be performed automatically, so that productivity can be improved.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view showing a laser processing head provided with an air blow nozzle according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a plan view showing the air blow nozzle, and FIG. ) Is a left side view showing an air blow nozzle.
FIG. 2 is a sectional view showing a laser processing head provided with an air blow nozzle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a laser processing head provided with an air blow nozzle according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional laser processing head.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a laser processing head provided with a conventional air blowing device.
[Name of code]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser processing head 2 Laser processing head main body 3 Condensing lens 5a, 5b Protective glass 8 Workpiece 9 Air blow nozzle 9a, 9b, 9c Air outlet 11 Side gas nozzle 12 Air piping 13 Buffer 31 Laser processing head 32 Processing head main body 33 Condensing Lenses 35a, 35b Protective glass 39 Air blow nozzles 39a, 39b Air outlet 41 Side gas nozzle 42 Air piping 43 Buffer 51 Laser processing head 52 Processing head body 53 Condensing lens 55 Protective glass 59 Air blow nozzle 59a Air outlet 61 Side gas nozzle 62 Air Piping 63 Buffer
